Introduccion Inyeccion Electronica 3

INYECCIÓN ELECTRÓNICA EN MOTOCICLETAS

Universidad Auteco 2.013

JUSTIFICACIÓN Con este documento podrás conocer los principios de funcionamiento de los sistemas de inyección electrónica de combustible, al finalizar comprenderás los conceptos tecnológicos básicos, aplicados en los sistemas de inyección electrónica de gasolina para Motos, ser capaz de analizar los desarrollos técnicos y tendencias de desarrollo de los sistemas a estudiar, conocer la técnica de funcionamiento y ser capaz de resolver problemas de averías y puesta a punto de sistemas FI. Explicaremos como la inyección electrónica es diseñada y como trabaja.

Un poco de Historia… Inicios de la Inyección de Combustible Debido a un mayor control de emisión de gases contaminantes, mayor eficiencia en los motores y el desarrollo de la electrónica se han introducido mejoras y asistencias en los sistemas de alimentación de combustible. Cuando el motor de combustión interna se usó para los aeroplanos y automóviles a principios de los años 20, los motores estaban provistos principalmente con un carburador. Sin embargo, los sistemas de carburador con una cámara de flotador tienen problemas para el uso en aeroplanos, ya que la posición de un aeroplano no sólo es horizontal sino que se mueve en tres dimensiones.

La temperatura tan baja de las altitudes congelará el combustible. El sistema de inyección de combustible se desarrolló basado en la tecnología de las bombas de inyección de los motores diésel, durante la segunda guerra mundial. Después de la segunda guerra mundial, se adoptaron muchas tecnologías de los aeroplanos a los motores de los automóviles y debido a esto, la inyección de combustible, también se adoptó. La inyección se usó solamente en vehículos de carreras por su elevado costo comparado con el popular carburador. Los automóviles de carreras requieren un alto desempeño y buena respuesta y utilizaban un sistema de multi-carburadores.

Los automóviles de carreras lograron buenos resultados y buen desempeño con la inyección de combustible, debido a las mejoras del sistema de admisión. Así que muchas compañías automovilísticas empezaron su desarrollo.

La Inyección Mecánica. Compañías en Alemania desarrollaron sistemas de inyección; Benz empezó a vender el carro 300SL con un motor con inyección de combustible mecánica en 1957. Esta tecnología se adoptó de un tipo de bomba de inyección tipo émbolo, basada en motores diésel.

Benz lanzó el modelo 200SE en 1958, y este automóvil utilizó un sistema de inyección mecánico pero con un múltiple y un sistema de inyección de grupo en lugar del sistema de inyección directa de los 300SL.

También tenía un sistema para compensar la temperatura del aire de la admisión y la presión atmosférica. Así que éste, era un sistema de inyección mecánico, pero tenía casi el mismo concepto que los motores modernos con inyección electrónica.

Filtro de combustible

Múltiple de combustible

}

Bomba de Combustible alimentación

El Nacimiento de la Inyección Electrónica de Combustible Con el desarrollo de la electrónica y principalmente de los transistores, solucionando problemas de confiabilidad debido al rompimiento cuando alcanzabas temperaturas de trabajo en base a la refrigeración, se logró el avance en los sistemas de inyección electrónica.

Primer Sistema El primer sistema de inyección electrónica fue lanzado por Bendix de los Estados Unidos en 1957. Este sistema de inyección de combustible se llamó Electrojector. El control de emisiones en los años 60 en USA desarrollo la industria. Bosch lanzó un sistema de inyección de combustible en 1967, llamado “DJetronic”. El sistema D-Jectronic detecta la presión negativa de la admisión y calcula el volumen del aire de la admisión. Después, basado en este volumen de aire, decide el volumen de la inyección y controla la relación de aire / combustible.

L-Jetronic Bosch desarrollo en 1972 un sistema de flujo de masa utilizo un medidor de flujo de aire, para detectar el volumen del aire de la admisión llamándolo L-Jetronic logrando un sistema de “quemado pobre”.

K – Jetronic Los fabricantes de automóviles deportivos Europeos, Porsche y Ferrari, aplicaron el sistema de K-Jetronic en sus automóviles de alto rendimiento. La inyección del tipo K-Jetronic, es una columna de inyección continua.

Bosch finalmente llega al primer sistema Motronic: El cual combina la inyección de gasolina del L-Jetronic con un sistema de encendido electrónico a fin de formar un sistema de regulación del motor completamente integrado.

Historia de la inyección electrónica en las motos Durante la implementación del control de las emisiones contaminantes específicamente le efecto invernadero, a nivel mundial las motocicletas fueron consideradas como una porción muy pequeña del total de las emisiones. Por consiguiente, los controles de emisiones no eran aplicados o sólo se hacía de una manera muy lenta y los sistema de inyección de combustible no se requería para el control de gases contaminantes en la motocicleta, además de que era demasiado costosa su implementación comparada con los sistemas de carburador. El rendimiento de los motores con los sistemas de inyección no era diferenciador debido a los múltiples carburadores que se usaban en las motocicletas. El desarrollo en los sistemas electrónicos de los automóviles impulso fuertemente la implementación en las motocicletas a principios de los 80´s.

Primeros Modelos Comerciales Kawasaki desarrolló la Z750GP, la cual usaba un sistema de velocidad de aceleración. Calculaba el volumen del aire de la admisión del motor por medio de la posición del acelerador (mariposa de gases) sensor TPS y las Rpm del motor Sensor CKP. Este sistema funcionaba muy bien en grandes aperturas del acelerador era realmente eficiente para hacer el cálculo de la mezcla aire gasolina en esta condición, pero en bajas rpm y en condiciones de aceleraciones desde abajo era poco eficiente y no realizaba bien el cálculo de cuanta gasolina necesitaba.

Honda desarrolló la CX500 Turbo, la cual utilizaba un sistema de inyección tipo D-Jetronic, el cual detectaba el volumen del flujo de aire que le ingresaba al motor por medio de la presión negativa de la admisión sensor MAP y las RPM sensor CKP. Este sistema funcionaba muy en de bajas a medias RPM, pero en altas no era capaz de medir el ingreso del aire debido a que a grandes aperturas del acelerador de hace 0 en otras palabras el vacío se iguala con la presión atmosférica. Adicionalmente este motor tenia turbo y comparada con la potencia de motos de mayor cilindrada no era necesario la aplicación de esta tecnología, ya que cuando el turbo entraba en operación la respuesta era brusca y difícil de controlar, por lo tanto esta tecnología no fue bien

recibida por el mercado incluso en algunos países fue prohibida su venta por la cantidad de accidentes que se presentaron.

En 1982, Yamaha desarrolló la XJ750D, la cual usaba un sistema de inyección de combustible tipo flujo de masa, descendiente de la tecnología que se aplicó en algunos carros Toyota de competición.

Conclusiones de la historia En conclusión, el control de las emisiones se fue volviendo cada vez más y más estricto, y como resultado, la participación de las emisiones de las motocicletas aumentó. La EU comenzó con el control de las emisiones, seguido por otros países. Actualmente, las motocicletas necesitan reducir las emisiones. Con los sistemas de inyección electrónica de combustible se obtienen buenas emisiones y esta es la clave tecnológica para reducirlas. Por esta razón, la inyección electrónica de combustible es aplicada a muchas motocicletas, no sólo a las motocicletas de altas cilindradas, sino también, a pequeñas scooter y modelos Street de uso urbano y cotidiano. El principal enfoque para el desarrollo de la inyección electrónica es la producción de gases contaminantes, no tanto la potencia ya que las motos contaban con sistemas eficientes como múltiples carburadores y sistemas que entregaban altas potencias en motores de cilindradas similares a las de los autos. Las Primeras Motos con Inyección Electrónica en Colombia A finales de los ochentas llegaron las primeras motocicletas de inyección electrónica “comerciales” a Colombia las K75 y K100 de BMW que contaban con motores de 3 o 4 cilindros en línea pero con disposición de los cilindros horizontales longitudinales a la moto adicionalmente algunas versiones traían las primeras generaciones de sistemas de frenos ABS.

Al final de los ochenta y principios de los 90 llegaron al país las CX 500 turbo de Honda.

A mediados de los noventa llegaron las BMW R 1100GS que contaron con una versión del sistema Motronic de Bosch que controlaba el ingreso de combustible y su vez el sistema de encendido desde una mismo ECU (Unidad de Control Electrónico). En el año 2000 Suzuki introdujo la V-strom 1000 en el 2001, rompiendo esquemas tradicionales, además seguiría acompañado de algunos modelos de Yamaha como la TDM 900, Kawasaki con la ER 6N, y desde este punto podemos decir que llego toda la invasión de tecnología hasta nuestros días con sistemas ABS, Redes CAN, Inmovilizadores, Controles de Tracción, Suspensiones Regulables electrónicamente, etc.

El enfoque en la Combustión Completa y precisa es la razón de la inclusión de los sistemas de inyección electrónica de combustible. La Combustión Es la reacción química entre el oxígeno y la gasolina. Este proceso es exotérmico (es una reacción con desprendimiento de calor). El calor que desprende dilata el gas situado en el interior del cilindro y éste a su vez provoca el desplazamiento del pistón y así un nuevo giro del motor. La Reacción química de la combustión La cantidad de oxígeno contenida por el aire es “teóricamente constante”. Lo mismo ocurre con la proporción de carbono que contiene la gasolina. Teniendo en cuenta este error podemos decir que si la proporción de aire/gasolina es de 14.7 kilogramos de aire por cada kilogramo de gasolina, la combustión que se realiza es completa. Por lo tanto querrá decir que todo el oxígeno contenido en el aire ha reaccionado con todo el carbono contenido en la gasolina, siendo así, los productos que se desprenden de la combustión son: Anhídrido carbónico (CO2) Nitrógeno (N2) Agua (H2O). El volumen del aire de la admisión es decidido por el motor y las condiciones de la conducción y no por el sistema de suministro de combustible. Esto quiere decir que el propósito del carburador y del sistema de inyección de combustible, es el mismo: “suministrar la adecuada cantidad de combustible, que cumpla con los requerimientos del aire de la admisión y poder hacer una buena combustión”. En un carburador que utiliza la relación entre el volumen del aire de admisión y el vació (presión negativa), el combustible se suministra por chorros de acuerdo al valor del vació. En un sistema de inyección de combustible, La ECU (Unidad de control Electrónico) recibe señales eléctricas acerca de las condiciones de funcionamiento del motor y además condiciones del

ambiente, luego calcula el volumen del aire de la admisión, basado en estas condiciones, el calculador determina la duración de la inyección y suministra la cantidad adecuada de combustible para tener una combustión completa. El combustible es el material que se oxida, más un elemento oxidante llamado comburente, de forma general se denomina al oxigeno como el comburente típico, este se encuentra en el aire en una concentración de 21% en volumen. La gasolina está hecha de la mezcla de muchos hidrocarburos, los cuales combinan carbón e hidrógeno. El índice de octano se estableció bajo un estándar de uso comercial para motores a gasolina, este consiste en asignarle valor de 100 al isooctano (máxima explosividad) y el valor de 0 al heptano (explosividad mínima o cero). Así por ejemplo una gasolina de 90 octanos está constituida por una del 90% de isooctano y 10% de heptano. La combustión es una reacción química, la gasolina contiene hidrocarburos y se expresa siguiendo la fórmula de una reacción química. Fórmula 1-1: CaHb + (Gasolina)

x O2 → a /CO2 + (Aire) (Dióxido de carbón)

b /2 H20 (Agua)

Esta relación de la reacción química, la masa de la gasolina y del aire es llamada "relación de Aire – Combustible” (A/C), tengamos presente que esta relación varia acorde a los diferentes combustibles o aditivos como el alcohol que se agrega la gasolina o las gasolinas oxigenadas etc. El volumen del aire de la admisión y la masa del aire El volumen del aire de la admisión es casi decidido por la carrera de admisión. Pero la relación entre el volumen del aire y la masa del aire no siempre es proporcional. La masa del aire depende de:  La temperatura  La presión atmosférica  La humedad.

Sí, la relación A/C cambia de acuerdo a las condiciones del tiempo o del ambiente. La Presión atmosférica La presión atmosférica es baja en las altas altitudes por ejemplo 2600msnm (Bogotá) y como resultado la densidad del aire también es baja. Por ejemplo, si la relación A/C es de 14.7 a nivel del mar y si la motocicleta se mueve hasta una alta altitud, entonces la relación A/C se hará rica debido a que la densidad del aire es baja. Ejemplo 0 msnm CARTAGENA

14.7kg

2600 msnm BOGOTA

12kg

La Temperatura Si la temperatura es alta 40°C, entonces la densidad del aire bajará (igual que en altas altitudes) y como resultado, la masa del aire decrecerá. La relación A/C será más rica en una ambiente de temperaturas altas (barranquilla) como en tiempo de frio (Pasto).

Debemos de tener presente que en países con estaciones climáticas podemos tener temperaturas frías a nivel del mar, no debemos de asociar la temperatura con la altura como sucede en países como el nuestro que no tienen estaciones por estar cerca del meridiano del ecuador. Ejemplo 10°C 36°C PASTO BARRANQUILLA

14.7kg

12kg

La Humedad Si la humedad relativa del ambiente aumenta, entonces la cantidad de agua aumentará en el aire. Como resultado, la masa del aire disminuirá, nuestro país es especial bajo esta condición debido a los altos porcentajes de humedad que tenemos por ser un país tropical.

Ejemplo

10%

Humedad Vapor de agua

60%

La Relación Estequiométrica Cuando la relación de aire y gasolina es la que proporciona una combustión completa se la denomina relación estequiométrica. Una vez queda establecido el valor de la relación estequiométrica, lo usaremos como unidad base para el control de las dosificaciones, usando la letra griega lambda minúscula () como símbolo, que relaciona el volumen de aire aspirado por el motor con la cantidad teórica de aire necesario para realizar una combustión completa, sin variar la cantidad de gasolina aspirada por el motor.

λ=

A/C Actual A/C Estequiométrica

Aire =14.7kg

Mezcla claGasolina Gasolina

Combustible =1kg

Estequiométrica A/C 14.7 (Factor de exceso de aire λ =1)

El valor de lambda () puede moverse en tres zonas, lambda () igual a la unidad (1), lambda () menor que la unidad y lambda () mayor que la unidad. La primera donde lambda () es igual a la unidad, por ser igual el numerador que el denominador, la denominaremos como MEZCLA ESTEQUIOMÉTRICA.

λ=

Volumen del aire Necesidad Teórica del aire

La segunda, donde lambda () es menor que la unidad se trabaja con un defecto de aire, o lo que es lo mismo un exceso de gasolina, a esta mezcla la llamaremos MEZCLA RICA. Por último, en la zona donde lambda () es mayor que la unidad, tendremos una mezcla con un exceso de aire, o lo que es lo mismo un defecto de gasolina, por ello la denominamos comúnmente como MEZCLA POBRE.

Mezclas Ricas:

A/C Actual 10.0

λ=0.68

A/C Estequiométrica 14.7

A=10.0kg

La Escases del aire λ